现代自然科学技术概论.ppt

《现代自然科学技术概论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代自然科学技术概论.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、现代自然科学技术概论,柴建设2002年11月28日,柴建设 教授、博士后,首都经济贸易大学安全工程系Tel：65976431（O）85782142（H）Email：辅导时间：星期三下午3:005:00辅导地点：1号楼316房间,3-8 新能源技术,本节教学目的与要求：了解和掌握能源的概念和分类；了解当今世界人类所面临的能源问题；了解和熟悉新能源技术。,本节主要内容：,能源及其分类；全球能源危机；大国能源战略竞争的背后；中国面临“贫血”的威胁；新能源；音像资料。,一、能源及其分类,1 能源能源是指人类用来获取能量的自然资源。2 能源的分类 按来源不同可把能源分为三类来自地球以外天体的能量（包括直

2、接的太阳辐射能外，还包括间接来自太阳能能源，如化石能源、生物能、水能、风能、海洋能等）；,2 能源的分类,地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能等）；地球与其他天体相互作用而产生的能量（如潮汐能等）。按形成条件不同，可把能源分为两类 一次能源，指天然存在的、可直接利用的（如原煤、原油、天然气、水力、太阳能等）；,2 能源的分类,二次能源，在一次能源基础上加工而成的（如电力、汽油、煤气、沼气、氢气等）。按能否反复利用，可把能源分为两类再生能源（如太阳能、风能、水力等）；非再生能源（煤炭、石油、天然气等）。,2 能源的分类,按开发使用的程度不同，可把能源分为两类 常规能源，指已被广泛利用的能源；新能源

3、，指未被广泛利用、正在研究开发、有待推广的能源。,二、全球能源危机,有关资料显示：目前在世界初级能源的产量和消费中，居第一位的是石油，其次是煤炭、天然气。有关资料还显示：石油、煤炭、天然气等常规化石能源的储量日益减少，在可预见的不长时间内将被消耗殆尽，全球面临着严重的能源危机。如果新的替代能源没有届时被发现，人类的生存面临严重挑战！,1 石油,石油的开采历史已超过140年；目前全球每天消耗石油量达7700万桶，且以每年12%的速度增加；目前世界石油总储量为30008000亿吨，可开采40100年（乐观的估计）。,2 煤炭,每年开采的煤炭量为35亿吨；全球可供开采的煤炭储量为700017000亿

4、吨；可供开采和使用的年限为200500年。,3 天然气,乐观的估计，目前全世界可开采的天然气总储量为280亿立方米；能满足170年的需求。,三、大国能源竞争的背后,能源是国民经济的命脉，是影响各国领导人战略决策的重要因素，是许多国家制定全球战略的首要问题。近20年来，世界上发生的许多危机、冲突都是围绕争夺能源引发的（如两伊战争，前苏联出兵阿富汗，海湾战争，科索沃战争，美国推翻塔利班，伊拉克战争等）。,三、大国能源竞争的背后,美国、俄罗斯、日本、欧盟、中国等许多国家针对中东、里海等石油资源展开了激烈的较量和错综复杂的斗争。,四、中国面临“贫血”的威胁,我国煤炭储量居世界第3位，人均为世界平均水平

5、的50%；我国石油储量居世界第6位，人均为世界平均水平的17%；人均石油产量与消费量占世界平均水平的21%22%；我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平均水平的10%。,四、中国面临“贫血”的威胁,目前我国人年均能源消耗是1000公斤标准煤，美国是11000公斤，英、德、法等国家为50006000公斤；2030年以后，我国人年均能源消耗是20003000公斤标准煤，人口达15亿以上。,四、中国面临“贫血”的威胁,从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口国；2000年我国进口石油占消耗量的20%，2010年将达到40%以上；美日等发达国家都建立了战略石油储备制度，可提供36个月的石油供

6、应；我国没有战略石油储备。,四、中国面临“贫血”的威胁,解决我国及世界能源危机的途径：一是节约使用能源；二是加强新能源技术的研究、开发和利用，不断扩大利用新能源的比重。,五、新能源技术,核能；太阳能；地热能；风能；海洋能；生物能；氢能。,1 核能,(1)核能又称原子能。它是指原子核结构发生变化（核裂变、核聚变）时释放出的能量。核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。1kg铀235=1800 t 石油或2800 t 标准煤。,(2)核裂变反应,它是指一个重原子核分裂成2个较轻的新原子核的过程，有自发和诱导两种，一般的核裂变指后者；用来进行核裂变反应并连续释放能量的物质，称核裂变燃料。铀=铀238（9

7、9.28%）+铀235（0.714%）+铀234（0.006%）,(2)核裂变反应,如果核裂变反应中产生的中子再引起其它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断地进行下去，称为“链式反应”。链式反应的速度极快，两次反应间隔时间只有2x10-14秒。在链式反应中，后一代中子数与前一代中子数之比称为倍增系数（k）。,(3)核电站,利用核能来发电的装置称为核电站，目前大多数核电站是利用核裂变能来发电的；核电站的核心是核反应堆，核反应堆有多种类型，目前运行的核电站以热中子轻水堆居多；核电站的工作原理图如课本231页图3-16所示。,(3)核电站,1954年，前苏联建成世界上第一座核电站；现在世界上有30多个国

8、家的400多座核电站在运行，占世界总电力的20%左右；我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成和正式发电，秦山二期、三期核电工程、岭澳核电工程、连云港核电工程也将于近年内建成发电。,(3)核电站,核电站的安全性 一般来说，如果防范措施得当，核电站是很安全的。历史上曾发生过两次核电站核泄露事故：一次是1979年3月18日，美国三里岛核电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸。,(3)核电站,核电站的问题 核电站的主要问题是放射性核废料的处理、储存和最终处置。,(4)核电第二代快中子增殖反应堆,热中子反应堆对天然铀的利用率很低（只有0.7%）；快中子增殖反应堆

9、以钚239为裂变燃料，组成堆芯，以铀238包围在堆芯周围，作为增殖层。可使天然铀的利用率达到60%70%。,(5)受控核聚变,是指两个或两个以上较轻的原子核聚合成一个较重的原子核的反应；核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。受控核聚变具有以下优点：(1)质能比高，是同质量核裂变释放能量的4倍；(2)原料足，从海水中可大量提取氘和氚；(3)无放射性，安全、清洁、不污染。核聚变能的和平利用目前尚处于研究阶段。,2 太阳能,指地球上可以直接接受并利用的太阳辐射能；太阳本身的辐射能量只有22亿分之一到达地球大气层；太阳辐射能是一种巨大、无污染、洁净、安全的可再生能源，它是取之不尽、用之不竭的。,2 太阳

10、能,利用太阳能的新技术、新材料和新设备不断出现，为太阳能的广泛应用奠定了基础。目前，直接利用太阳辐射能有三种方式：光热转换；光电转换；光化学转换。,(1)光热转换,光热转换就是把太阳辐射能通过各种集热装置（集热器）转变成热能。太阳能热发电；太阳能高温炉冶炼高温材料；太阳能节能建筑太阳房；利用太阳能使海水淡化；太阳池（盐湖水太阳能发电技术）；太阳能热水器。,(2)光电转换,通过太阳能电池（光电池、光伏电池）将太阳辐射能直接转变成电能。太阳能电池的工作原理是光电效应。太阳能电池已广泛应用于宇宙飞行器；太阳能电池还用来作为交通工具的能源；太阳能电池应用在自动控制领域；太阳能电池还可以用来发电（光伏电

11、站）。,(3)光化学转换,用光和物质相互作用引起化学变化的过程称光化学转换。绿色植物的光合作用；利用光化学电池制氢。光化学转换到目前为止还只限于实验室试验，没有重大突破。,3 地热能,地球内部蕴藏着的热能称为地热能，来自(1)高温岩浆，(2)岩石中放射性元素衰变；在地球上所有的能源中，地热能仅次于太阳辐射能，排在第二位（火山爆发、地震和其他地壳变动）；地热资源按存在形式可分为五大类型：蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。地热能廉价、清洁，利用前景十分广阔。,4 风能,风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均，引起空气运动而产生的能量；风能的利用主要靠风力机，风力机是把风能转化为其他形式能量的

12、旋转机械；利用风力可以发电、提水、助航、制冷、致热等。,5 海洋能,海洋能是指海水在运动过程中产生的能为人类利用的能量，它包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差能等。海洋中除有巨大的海洋能外，还有丰富的海洋矿物资源、海水资源和海洋生物资源。人类有可能在21世纪进入全面、综合、立体开发海洋的“海洋经济时代”。,6 生物能,生物能也叫生物质能，它是指绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量；生物质能的种类繁多，目前可被利用的大致有六大类：(1)木材和森林工业废弃物（树枝、树叶、树根等）；,生物质能的分类,(2)农业废弃物（秸杆、果核、玉米芯等）；(3)水生植物（藻类等）；

13、(4)油料作物（棉籽、麻籽、油桐等）；(5)城市与工业有机废弃物（垃圾和食品、屠宰、制酒、制纸工业的排泄物等）；(6)粪便。,7 氢能,是指氢在发生化学变化和电化学变化过程中产生的能量；氢作为能源的优点是储量丰富、热值高和清洁无污染；氢的利用：(1)直接用作燃料（如发射火箭等）；(2)用作燃料电池（如用于航天飞机）；(3)用作能源转换介质（能源中间载体）。,复习思考题,1.什么是能源？它有哪几种分类方法？2.为什么说人类面临着“能源危机”？解决“能源危机”的根本途径是什么？3.什么是核能？它分为哪两类？它有哪些主要用途？4.太阳能有几种利用方式？试举例说明。5.什么是海洋能和生物质能？6.氢能源有哪些主要优点和用途？,